19:42 ENGENHARIA ELÉTRICA Implementação de Gerador de Formas de Ondas Arbitrárias TCC – Engenharia Elétrica Rafael da Silva Barboza Orientador: MSc. Eng. Paulo César Cardoso Godoy

Objetivo ENGENHARIA ELÉTRICA 19:42 ENGENHARIA ELÉTRICA Objetivo Desenvolver uma ferramenta de geração de sinais arbitrários, controlados por software, operando com frequências de até 1MHz, empregando o método de síntese digital direta. Nesse método, o sinal gerado na saída do circuito é influenciado diretamente pela precisão do cristal oscilador utilizado.

Placa de conversão e condicionamento 19:42 ENGENHARIA ELÉTRICA Diagrama em Blocos: RS-232 Kit com Processador ARM Microcomputador Placa de conversão e condicionamento do sinal Sinal de Saída Estrutura básica do Gerador Arbitrário

Interface Software do Supervisório: 19:42 ENGENHARIA ELÉTRICA Interface Software do Supervisório: Frequência Forma de Onda Controle da Serial Digitação do Pontos Limpa Dados Sinais Desenhados

ENGENHARIA ELÉTRICA Interface do Software Supervisório: 19:42 ENGENHARIA ELÉTRICA Interface do Software Supervisório: Tela Sinal Senoidal Tela Sinal Triangular

Diagrama em blocos do Hardware: 19:42 ENGENHARIA ELÉTRICA Diagrama em blocos do Hardware: Placa Desenvolvida Microcontrolador ARM Circuito de Clock Reset DAC 16 Bits Circuito de Condicionamento Circuito De Endereçamento Memórias SRAM Fonte de Alimentação Saída Sinal Analógico

ENGENHARIA ELÉTRICA Hardware: Ajuste Amplitude Memórias Seriais DAC 19:42 ENGENHARIA ELÉTRICA Hardware: Ajuste Amplitude Memórias Seriais DAC GPIO Ckt Analógico Kit Comercial Ckt Contador Ckt Reset Osciladores Base

Diagrama em blocos do Firmware: 19:42 ENGENHARIA ELÉTRICA Diagrama em blocos do Firmware:

Resultados ENGENHARIA ELÉTRICA 19:42 ENGENHARIA ELÉTRICA Resultados O resultados foram coletados através da comparação entre o sinal ideal gerado pelo ARM e o sinal real obtido na saída do circuito, com o emprego do osciloscópio. Com isso, foi possível estimar através da normalização dos pontos o erro médio eficaz para o somatório das amostras coletadas. O cálculo de erro médio eficaz foi realizado através da seguinte equação: Para obter-se os resultados foi realizada a comparação entre o sinal ideal (gerado pelo ARM) e o sinal real (gerado pelo circuito analógico). Para a coleta das amostras reais foi utilizado um osciloscópio. Dessa forma, foi possível estimar o erro para cada uma das coletas. E através do somatório delas consegue-se expressar o erro médio eficaz do sinal coletado. Para o cálculo de erro médio foi utilizada esta fórmula, que mostra o valor quadrático médio de uma variável ou função que se repete periodicamente.

Erro Médio Quadrático: 19:42 ENGENHARIA ELÉTRICA Erro Médio Quadrático: Para a coleta dos resultados foram avaliados os seguintes valores de frequência: 125Hz, 125kHz, 250kHz, 380kHz e 500 kHz

Resultados Onda Senoidal: 19:42 ENGENHARIA ELÉTRICA Resultados Onda Senoidal:

Resultados Onda Triangular: 19:42 ENGENHARIA ELÉTRICA Resultados Onda Triangular:

Resultados Onda Quadrada: 19:42 ENGENHARIA ELÉTRICA Resultados Onda Quadrada:

ENGENHARIA ELÉTRICA Sinais Arbitrários: 19:42 ENGENHARIA ELÉTRICA Sinais Arbitrários: Para a geração dos sinais arbitrários é realizada a interpolação linear (aproximação linear de uma função) usando as coordenadas enviadas pelo software supervisório depois da aquisição. Assim, para o cálculo da interpolação são necessárias as coordenadas de ponto inicial e final da reta para que as mesmas formem a reta que terá os pontos intermediários calculados.

Resultados Sinais Arbitrários: 19:42 ENGENHARIA ELÉTRICA Resultados Sinais Arbitrários: Para a coleta dos resultados foram avaliados os seguintes valores de frequência: 125Hz, 75kHz, 100kHz, 150kHz e 210 kHz

Resultado Onda Arbitrária: 19:42 ENGENHARIA ELÉTRICA Resultado Onda Arbitrária:

Resultado Onda Arbitrária: 19:42 ENGENHARIA ELÉTRICA Resultado Onda Arbitrária:

Resultados Onda Arbitrária: 19:42 ENGENHARIA ELÉTRICA Resultados Onda Arbitrária:

ENGENHARIA ELÉTRICA Conclusões: 19:42 ENGENHARIA ELÉTRICA Conclusões: Considerando o erro médio quadrático, pode-se concluir que o projeto se comportou satisfatoriamente para: - ondas senoidais até frequências de 350kHz; - ondas triangulares até frequências de 300kHz; - ondas quadradas até freqüências de 200kHz; ondas arbitrárias até frequências de 100kHz. Estas limitações ocorreram devido à resposta em frequência circuito analógico, que apresentou um comportamento de filtro passa-baixas. Para sinais senoidais, a influência do circuito afeta predominantemente a amplitude mantendo o erro relativamente baixo. Para sinais triangulares, devido ao maior conteúdo harmônico, pode-se notar um aumento do erro. Já para as ondas quadradas e arbitrárias, devido há uma quantidade grande de conteúdo harmônico, as respostas ficaram mais limitadas, pois a atuação do circuito analógico acarretou maiores perdas no conteúdo de altas frequências. Os sinais atenderam os objetivos quanto a amplitude. Baseado no erro médio quadrático pode-se concluir que o circuito se comportou para ondas senoidais satisfatóriamente até a frq de 250 k, ondas trianfulares até xk, quadrada até yk e arbitrárias até xk. Esse comportamento ocorreu devido ao fato de que os sinais senoidais apresentam melhores respostas em função do espectrp de frqeuncia e o sinais triangulares e quadrados apresentam suas. Todos os sinais atenderam os objetivos quanto a sua amplitude. Quadrada esprectro mais oscilante Distorça o harmicoca Arbitrária gera um espectro enorme.

Referências: ENGENHARIA ELÉTRICA 19:42 ENGENHARIA ELÉTRICA Referências: [1] MAITELLI, A. L. – Apostila de Controladores Lógicos Programáveis – UFRN, Natal-RN, 2003. [2] Direct-Digital Frequency Synthesis; a basic tutorial; Osicom Technologies Inc, 1983. Disponível em <http://web.itu.edu.tr/~pazarci/ddstutor.html>. [3] GUSSOW, Milton. Eletricidade básica. São Paulo : McGraw-Hill do Brasil,1985. [4] A Technical Tutorial on Digital Signal Synthesis, Tutorial, Analog Devices Inc.,1999. Disponível em: <http://www.analog.com/static/imported-files/tutorials/450968421DDS_Tutorial_rev12-2-99.pdf>. [5] CLÁUDIO, Dálcidio M. e MARINS Jussara M. Cálculo Numérico e Computacional - Teoria e Prática, São Paulo: Ed: Atlas, 2000. [6] TOCCI, Ronaldo J. WIDMER, Neal S. SISTEMAS DIGITAIS: Princípios e Aplicações. Rio de Janeiro: LTC – Livros Técnicos e Científicos Editora S.A, 1998. [7] CANZIAM, Edmur. Comunicação Serial – RS232. Cotia, 2006. Disponível em <http://www.professores.aedb.br/arlei/AEDB/Arquivos/rs232.pdf>.

19:42 ENGENHARIA ELÉTRICA [8] NXP – LPC2378, Data Sheet. Disponivel: http://www.nxp.com/documents/data_sheet/LPC2377_78.pdf. [9] UNICID. Linguagens de Programação. São Paulo, 2007. Disponível em: <www.dee.feis.unesp.br/.../c_04_linguagem_de_programacao.pdf >. [10] 64-Kbit (8 K × 8) Static RAM CY7C185, Data Sheet. Disponível: http://www.cypress.com/?docID=25678. [11] CYPRESS – CY7C185, Data Sheet. Disponível: http://www.cypress.com/?docID=25678. [12] NXP – 74HCT373, Data Sheet. Disponível: http://www.nxp.com/documents/data_sheet/74HC_HCT373.pdf. [13] NXP – 74HC590, Data Sheet. Disponível: http://www.nxp.com/documents/data_sheet/74HC590.pdf. [14] NXP – 74HCT02, Data Sheet. Disponível: http://www.nxp.com/documents/data_sheet/74HC_HCT02.pdf. [15] NXP – 74HCT02, Data Sheet. Disponível: http://www.nxp.com/documents/data_sheet/74HC_HCT30.pdf. [16] NXP – 74HCT32, Data Sheet. Disponível: http://www.nxp.com/documents/data_sheet/74HC_HCT32.pdf. [17] NATIONAL INSTRUMENTS – LM7171, Data Sheet. Disponível: http://www.ti.com/lit/ds/symlink/lm7171.pdf. Muito obrigado pela atenção! Aqui as referencias consultadas

19:42 ENGENHARIA ELÉTRICA Video do Projeto:

19:42 ENGENHARIA ELÉTRICA Obrigado.